聚酯切粒机转速控制方案优化概述

吴晓白

（中国石化仪征化纤股份有限公司聚酯中心，江苏仪征 211900）

设备改造

聚酯切粒机转速控制方案优化概述

吴晓白

（中国石化仪征化纤股份有限公司聚酯中心，江苏仪征 211900）

介绍并分析了聚酯某生产线6台切粒机原转速控制方案及其缺点，重点介绍了新控制方案的设计思路及编程过程中的主要步骤及注意事项。

切粒机 转速控制 合转速系数 熔体分配

聚酯生产线的切粒工序，其主要的作用就是将熔融的PET熔体经过冷却、切粒、干燥后，包装成为成品，供下道纺丝工序使用。切粒机转速控制方案的主要目的是：在熔体出料泵转速变化或某台切粒机停运（或投运）时，自动调节已投运的切粒机的转速，使切出来的粒子大小符合产品质量要求。工艺上专门有一项指标，叫做“百粒重”。早期由于单条生产线的负荷低，每台最终缩聚反应釜后只有两台切粒机，传统的转速控制方案是合转速控制：平时两台切粒机各50%负荷运行，当有一台切粒机退出运行时，另一台自动提高转速，承担全部负荷。后来，随着单条生产线生产能力的提高，终缩聚反应釜后需多台切粒机。传统的合转速控制方案已不能满足需要，一些新型的控制方案应需而生。

1 原控制方案分析

某聚酯生产线于2003年建成投产。从最终缩聚反应釜（28R01）出来的聚酯（PET）熔体，经熔体出料泵（28P01）增压，通过熔体分配阀（一进六出），分配给后面的6台切粒机冷却、切粒。切粒机的控制系统是一套西门子的S7-300 PLC，配置2台上位机。

6台切粒机的转速控制方案的核心思路为：

（熔体出料泵合转速×6×合转速系数给定／N）×Ki，作为各台切粒机的转速给定。

其中：熔体出料泵合转速是两台熔体泵的转速PV值之和再除以转速量程之和，是一个百分数形式的模拟量信号；

系数6是对应6台切粒机；

合转速系数给定是一个常数给定值，在操作站上可调整。与熔体出料泵泵供量、铸带头孔数、粒子百粒重等有关，简单说，就是熔体泵每转对应的切粒机转数。结合粒子实际状况可做适当微调。

N是投运的切粒机总数，当N≧4时该程序运行，开始运算并赋值；

Ki（i＝1～6）对应每台切粒机的转速微调系数，可调节单台切粒机的转速。

该方案主要有以下3个缺点：

a）4台以下切粒机投运时该程序不执行，此时切粒机的转速只能通过现场操作台上的升／降速按钮手动给定，开停车时操作极不方便；

b）根据上述方案计算出的转速给定存在“溢出”（转速计算值超过模拟量输出通道的数值上限）的可能，尤其是在装置开车，第4台切粒机刚投运时。一旦给定值“溢出”，PLC的AO通道输出低于4 mA，此时投运的切粒机全部失速，因无报警联锁信号，启动板仍打在“切粒”侧，会造成所有已投运的切粒机“披挂”；

c）上述方案未考虑熔体分配的情况。未投运的切粒机前面七通阀开度直接影响熔体量的计算和分配，排废的那部分熔体相当于被偷去了，会导致粒子偏小；刚投运（或停运）的切粒机，其对应的七通阀在开关的动态过程中也会影响熔体的分配，而这些都会引起粒子大小的波动，如果大粒子的数量过多还会堵塞振动筛，造成切粒机停运。

另外，该程序在计算投运切粒机台数时采用的是列举法，用排列组合的方式依次检查6台切粒机的启动板位置，判断是否有4台以上切粒机投运，分别是哪几台切粒机投运，再将计算出的转速赋值给对应的切粒机，程序拖沓冗长，缺乏效率。

2 新控制方案

新控制方案的思路是利用PLC已有的七通阀阀位反馈信号，在不增加任何硬件设备的基础上，重新设计了一套切粒机转速控制方案，编程调试后，投入运行。

新方案的核心思路是引入了熔体分配（阀开度百分比）的概念：

（熔体出料泵合转速×合转速系数给定×阀开度百分比）×Ki，作为各台切粒机的转速给定。

其中：熔体出料泵合转速是两台熔体泵的转速PV值之和再除以转速量程之和；

合转速系数给定是一个常数给定值；

Ki（i＝1～6）对应每台切粒机的转速微调系数；

阀开度百分比＝各切粒机对应的七通阀开度／6台阀开度之和。

编程的具体步骤和注意事项如下：

a）准备工作

建立一个数据块（DB），因为涉及到计算所需要的中间变量较多，只凭PLC提供的存贮单元是不够的。在数据块中根据需要可定义若干的长整数型变量（DINT）和实数型变量（REAL）。

b）熔体出料泵合转速信号处理

熔体出料泵合转速信号（百分数信号）与操作站画面上人工输入给定的合转速信号，做一个远程／就地的切换。

c）七通阀阀位信号的数据转换

AI卡上的七通阀阀位信号经模／数转换，进来的是一个0～27648区间的整数型变量（INT），需转换成长整型，再转换成实数型变量参与以后的运算。另外为避免因出现坏信号而导致误算，注意限制信号幅度，如可以限制在3～27645范围内。限幅用比较和赋值两个功能块。

d）七通阀阀位当前的开度求和，并计算出每台阀的阀开度百分比。

e）根据新方案计算公式计算出每台切粒机在“自动”状态下的转速给定值。

f）切粒机在“手动”状态下，通过现场操作台上的“升／降速按钮”调节转速给定的程序。

g）切粒机转速输出.

切粒机“手／自动开关”分别在“自动”和“手动”状态下的转速给定值输出。

注意：此时需用ROUND功能块将实数型变量转换成整数型变量。另外，根据工艺要求，在转速给定值输出时附加两个动作：切粒机转速给定无论在“自动”还是“手动”状态下，均不低于某一转速值；在切粒机“手／自动开关”由“自动”向“手动”状态切换时，切粒机转速保持“自动”时的数值。

h）七通阀开度的控制

当切粒机“手／自动开关”处于“手动”时，七通阀开度通过操作站人工输入给定。

当切粒机“手／自动开关”处于“自动”时，如果启动板在“切粒”侧，自动给定95%开度；如果启动板在“排废”侧，自动给定5%开度。

编程时需坚持简洁明了的原则。如第7步切粒机转速输出，由于有6台切粒机的转速输出，而且在转速输出时要执行数据转换，还有2个附加条件，在此可以先自定义1个满足所有条件的功能块，6台切粒机转速输出时直接引用即可。再如第6步6台切粒机手动升降速，也可以通过自定义功能块来实现，这样做可以大大简化程序。

3 新方案的优点

新控制方案从根本上解决了原方案存在的3个缺陷：第一，只要有切粒机投运，哪怕只有一台，也可以投自动，没有原方案4台以上运行才能投自动的限制，操作简单方便，尤其是在开停车的过程中；第二，在程序中，通过数值的限幅，解决了输出“溢出”的问题；第三，由于采用了熔体分配的控制方案，能够合理准确地计算出给每台切粒机分配的实际熔体量；即使是在熔体分配阀开关的动态过程中，也能实时地进行跟踪；而且整段程序思路清晰，结构简明，克服了原程序冗长难懂的缺点，编程过程中一些技巧也值得借鉴。另外，此次控制方案的优化立足于利用现有资源，不增加任何硬件设备，软件也是自主编制，不发生任何费用。

4 结 语

自该单元重新开车以来，新方案的有效性得到了充分的验证。自动化程度及可操作性得到了提高；切片粒子的外观质量得到了改善。但是，新方案也增加了一个不安定因素。由于引入了七通阀的阀位反馈信号参与控制，一旦某个阀位信号异常，会引起所有切粒机的转速波动。对此，笔者提出的处理办法是：如果是短时间的回路检查，可以将切粒机的手／自动按钮拨到手动位置，保持切粒机原有转速；如果需要较长时间来处理故障，需要将切粒机启动板打到“排废”侧，对应的七通阀关闭，该台切粒机退出程序。

另外，在程序的编制过程中，由于未能找到七通阀的流量特性曲线图，笔者在剔除了一些已知的死区后，将阀的流量特性近似视为线性来计算，这样就导致与实际情况存在微小的偏差。在得到准确的流量特性曲线后，可以通过折线图的方法来消除这些偏差，将这一控制方案进一步完善。

［1］程鹏.自动控制原理［M］.第2版.北京：高等教育出版社.2010.

Im p rovem ent to the control schem e of rotation rate of cutters in the PET production line

Wu Xiaobai

（Sinopec Yizheng Chemical Fiber Co．，Ltd．，Yizheng Jiangsu 211900，China）

This paper presents the original control scheme and its weak points of the control scheme of the rotation rate of the six cutters on the Polyester（PET）Production Centre of Yizheng Chemical Fiber Co.，Ltd and the design solutions of a new control scheme including the main programm ing steps and matters needing attention.

cutter；rotation rate control；rotation rate factor；PET distribution

TQ320.5

B

1006-334X（2014）03-0043-03

2014-02-23；

2014-09-16

吴晓白（1970—），男，江苏仪征人，工程师，现主要从事石化电气仪表技术工作。